船舶廢氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

黃玉華，汪家政，鄧志慶

（舟山長(zhǎng)宏國(guó)際船舶修造有限公司，浙江 舟山 316052）

隨著全球硫排放法規(guī)的正式生效，目前，越來(lái)越多的船舶進(jìn)行船舶廢氣脫硫系統(tǒng)的加裝，通過9200TEU 項(xiàng)目船舶廢氣脫硫系統(tǒng)改裝，簡(jiǎn)單分析該項(xiàng)目在設(shè)計(jì)過程中的一些注意點(diǎn)。

在船舶廢氣脫硫系統(tǒng)改裝過程中，需要對(duì)原船的修改及部分管路等的增加，可能會(huì)涉及以下系統(tǒng)：洗滌水系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)、排渣系統(tǒng)、洗滌水分離系統(tǒng)、壓載管路改裝、對(duì)于閉式系統(tǒng)還包括堿液儲(chǔ)存和注入系統(tǒng)、透氣測(cè)深系統(tǒng)的修改等等，下面簡(jiǎn)單分析排氣管背壓?jiǎn)栴}、舷外管形式設(shè)計(jì)以及海水總管及海底門等設(shè)計(jì)問題。

1 排氣管背壓?jiǎn)栴}

船舶廢氣脫硫系統(tǒng)(EGCS)船上安裝后，在各種運(yùn)行條件下，排氣背壓應(yīng)能始終維持在燃油燃燒裝置制造廠規(guī)定的范圍內(nèi)。

在排氣管上增加了脫硫塔，這必然導(dǎo)致排氣背壓的增加，常規(guī)脫硫塔本體背壓在60 ～100mmWC 左右，具體因參數(shù)及廠家有差異，若系統(tǒng)中還有煙氣閥，煙氣閥也有一定背壓，原船標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型柴油機(jī)（以MAN B&W 為例）允許背壓一般300mmWC（100%SMCR 時(shí)），其他負(fù)荷點(diǎn)對(duì)應(yīng)允許最大背壓值見圖1，根據(jù)MAN B&W 推薦，當(dāng)柴油機(jī)加裝脫硫塔后，100%負(fù)荷下可允許最大背壓為450mmWC，其他負(fù)荷點(diǎn)對(duì)應(yīng)允許最大背壓值見圖1，因此，在改裝設(shè)計(jì)過程中，需考慮排氣管路布置等對(duì)排氣管背壓的影響，需及時(shí)進(jìn)行排氣背壓的計(jì)算，如果發(fā)現(xiàn)排氣背壓有超出規(guī)定值時(shí)，需及時(shí)對(duì)排氣管布置等進(jìn)行調(diào)整，以確認(rèn)是否可以通過排氣管路布置調(diào)整將背壓降低至允許范圍內(nèi)。根據(jù)MAN B&W 推薦若背壓超過最大允許背壓時(shí)，需與MAN B&W 相關(guān)技術(shù)人員聯(lián)系溝通確認(rèn)如何處理，可能需對(duì)增壓器進(jìn)行重新匹配，另外，如果柴油機(jī)背壓計(jì)算值在兩條曲線之間，MAN B&W 也強(qiáng)烈建議MAN B&W 專業(yè)服務(wù)人員對(duì)主機(jī)進(jìn)行重新評(píng)估，確定是否需要對(duì)增壓器進(jìn)行重新匹配。增壓器進(jìn)行重新匹配需要確保主機(jī)油耗保持與安裝脫硫塔之前一致，NOX 排放不改變，柴油機(jī)熱負(fù)荷保持在經(jīng)驗(yàn)值范圍內(nèi)。

圖1

若因?yàn)榕艢獗硥哼^大的原因需要增加安裝排氣風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)應(yīng)考慮有冗余設(shè)計(jì)；另外，排氣風(fēng)機(jī)的設(shè)置應(yīng)考慮當(dāng)排氣風(fēng)機(jī)失效時(shí)，燃油燃燒裝置仍能持續(xù)工作，那么，排氣風(fēng)機(jī)需設(shè)置旁通管路。對(duì)于多臺(tái)燃油燃燒裝置共用EGCS 系統(tǒng)的情況，排氣風(fēng)機(jī)的設(shè)置應(yīng)考慮所有相連燃油燃燒裝置的背壓要求。

2 舷外管形式設(shè)計(jì)

船舶廢氣脫硫系統(tǒng)洗滌水排放應(yīng)獨(dú)立于其他的海水系統(tǒng)，并應(yīng)有獨(dú)立的排舷外口；排舷外管應(yīng)安裝一個(gè)止回閥和一個(gè)遙控閥，且遙控閥需要通過手搖泵控制。船舶廢氣脫硫系統(tǒng)洗滌水排舷外口距離其他任何海水吸水口的距離應(yīng)不小于4m，并需要低于最小載重線。

根據(jù)DNVGL 船級(jí)社要求洗滌水排舷外管和舷側(cè)閥應(yīng)有防腐保護(hù)，排舷外管厚度應(yīng)不小于舷外管所在位置外板的厚度，且不小于15mm，取大者。

洗滌水排舷外管形式設(shè)計(jì)類型及各廠家對(duì)舷外管材料的推薦也不太一樣，有的推薦用超級(jí)雙相不銹鋼，有的推薦碳鋼管+內(nèi)表面特殊處理（例如玻璃鱗片漆、酚醛環(huán)氧漆和內(nèi)襯PE、GRE 等），也有推薦使用雙層管形式（如SAACKE）等。

基于以上列舉幾種形式，簡(jiǎn)單分析以上幾種形式的優(yōu)缺點(diǎn)，因?yàn)橄礈焖畔贤夤苄枧c船體外板焊接，若使用超級(jí)雙相不銹鋼，因?yàn)椴煌馁|(zhì)之間直接焊接，長(zhǎng)期浸泡在海水中且一直有脫硫洗滌水的沖刷，將會(huì)導(dǎo)致超級(jí)雙相不銹鋼腐蝕較快，因此，不建議使用；目前，各大船廠使用碳鋼管+內(nèi)表面特殊處理的項(xiàng)目較多，但因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)焊接將會(huì)損壞管路涂層，不得不在現(xiàn)場(chǎng)將舷外管與船體外板焊接后再對(duì)管路進(jìn)行特殊處理或修補(bǔ)，但是，由于現(xiàn)場(chǎng)施工條件局限等原因可能會(huì)存在處理效果不佳等問題，所以該形式必須確保舷外管焊接后涂裝修補(bǔ)質(zhì)量，若處理不好，可能導(dǎo)致涂層容易脫落，然后管路腐蝕較快；若使用SAACKE 推薦形式（見圖2），舷外管為鍍鋅碳鋼管與船體外板焊接，與其他常規(guī)系統(tǒng)舷外管形式一致，只是在該舷外管內(nèi)再設(shè)置一根雙相不銹鋼管，該雙相不銹鋼管連接法蘭使用特制異徑法蘭，將雙相不銹鋼管從鍍鋅舷外管內(nèi)部插入，在雙相不銹鋼與鍍鋅鋼管之間使用特氟龍墊片及特氟龍?zhí)自诼菟ū砻娣乐箖煞N材料間接觸形成腐蝕；這種形式可使洗滌水不直接沖刷碳鋼管，洗滌水通過雙相不銹鋼管直接排出舷外，這樣大大地緩解了洗滌水對(duì)鍍鋅碳鋼管的腐蝕，另外，為了防止船體外板腐蝕，距舷外管出口4m 半徑范圍內(nèi)的船體外板需涂防腐涂層，通常使用防腐性更好的環(huán)氧玻璃鱗片漆。

圖2 雙層管形式舷外管

3 海水總管及海底門等設(shè)計(jì)問題

因?yàn)槊摿蜓b置的脫硫原理是通過海水中的堿性成分與柴油機(jī)燃燒后的廢氣中所含的硫化物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)從而達(dá)到脫硫的結(jié)果，所以海水使用量很大，以9200TEU 項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目主機(jī)排氣系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)排氣系統(tǒng)為獨(dú)立的兩套船舶廢氣脫硫系統(tǒng)，主機(jī)脫硫系統(tǒng)海水泵為4 臺(tái)（三用一備），單臺(tái)流量為850m3/h；輔機(jī)脫硫系統(tǒng)海水泵2 臺(tái)（一用一備），每臺(tái)流量為850m3/h，6 臺(tái)海水泵共用一根海水總管。

脫硫系統(tǒng)海水總流量為3×850+1×850=3400m3/h。

原船海水總管管徑為DN750，若將脫硫系統(tǒng)海水總管連接至原船海水總管，根據(jù)計(jì)算，原船海水總管海水流速將超過2m/s，流速太高。所以，需要考慮新增加一個(gè)脫硫系統(tǒng)海底門或者在原有海底門上新開脫硫系統(tǒng)海水總管，若在原有海底門上新開脫硫系統(tǒng)海水總管，則還需要考慮海底門格柵流通面積是否大于海水總管流通面積的兩倍。

脫硫系統(tǒng)海水總管管徑選擇計(jì)算如下：根據(jù)計(jì)算，選用脫硫系統(tǒng)海水總管規(guī)格為φ914×8，計(jì)算如下：

式中，V 為流速（m/s）；Q 為海水流量（3400m3/h）；R 為海水總管半徑（449mm）。

根據(jù)以上計(jì)算，海水總管海水流速低于2m/s，滿足設(shè)計(jì)要求。所以脫硫系統(tǒng)海水總管規(guī)格選用φ914×8 合適。

船舶廢氣脫硫系統(tǒng)海水總管流通面積約為：3.14×0.449×0.449 ＝0.633m2；

根據(jù)規(guī)范要求，在沒有冰區(qū)要求的情況下，海底門格柵凈流通面積需大于等于海水總管流通面積的兩倍，0.633×2=1.266m2，所以，海底門格柵凈流通面積不能小于1.266m2。

根據(jù)海底門實(shí)際情況及以上面積要求，海底門設(shè)置3 個(gè)海底門格柵：格柵尺寸分別為：670mm×1480mm，660mm×1000mm，620mm×480mm，根 據(jù) 計(jì) 算，(0.67×1.47+0.66×1+0.62×0.48)×0.7=1.3m2，(0.7 為 格 柵 外 框 面積與凈流通面積系數(shù))；該3 個(gè)海底門格柵凈流通面積約為1.3m2，滿足要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以9200TEU 項(xiàng)目加裝船舶廢氣脫硫系統(tǒng)的實(shí)船項(xiàng)目為例，介紹了船舶廢氣脫硫系統(tǒng)在改裝設(shè)計(jì)過程中需要注意的幾個(gè)要點(diǎn)，并對(duì)這幾個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行多方位的對(duì)比分析，尋求更好的更合適的設(shè)計(jì)方案，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)可供船東及船舶廢氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)單元提供參考。